JP2005081485A - High temperature mechano-chemical polishing method and device - Google Patents
High temperature mechano-chemical polishing method and device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005081485A JP2005081485A JP2003315668A JP2003315668A JP2005081485A JP 2005081485 A JP2005081485 A JP 2005081485A JP 2003315668 A JP2003315668 A JP 2003315668A JP 2003315668 A JP2003315668 A JP 2003315668A JP 2005081485 A JP2005081485 A JP 2005081485A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- temperature
- workpiece
- plate
- work
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、開放雰囲気において高温でメカノケミカル研磨する高温メカノケミカル研磨方法と装置に関する。 The present invention relates to a high temperature mechanochemical polishing method and apparatus for performing mechanochemical polishing at high temperature in an open atmosphere.
近年、サファイヤやセラミックス材料の高品質研磨のニーズが急増している。サファイヤは、ブルーレーザー用基板やSOSなどの電子デバイスや液晶プロジェクター等の熱フィルタに使用される。また、窒化硅素や炭化硅素のセラミックスは、次世代の高機能基板材料として期待されている。 In recent years, the need for high-quality polishing of sapphire and ceramic materials has increased rapidly. Sapphire is used for thermal filters such as blue laser substrates, electronic devices such as SOS, and liquid crystal projectors. In addition, silicon nitride and silicon carbide ceramics are expected as next-generation high-performance substrate materials.
サファイヤやセラミックス材料は、極めて硬質であり、難加工材として知られている。そのため、これらの硬質難加工材の研磨は、化学的腐食作用を有する加工液を用いた常温湿式研磨によって行っている。
しかし、常温湿式研磨の研磨速度は極めて低く、研磨工程の最終研磨に数時間〜数十時間という長時間作業を余儀無くされており、生産性が悪く、製造コストが高くなる要因になっていた。
Sapphire and ceramic materials are extremely hard and are known as difficult-to-process materials. Therefore, polishing of these hard difficult-to-process materials is performed by room temperature wet polishing using a processing liquid having a chemical corrosive action.
However, the polishing rate of room temperature wet polishing is extremely low, and it has been forced to work for a long time of several hours to several tens of hours for the final polishing in the polishing process, which has been a factor in poor productivity and high manufacturing cost. .
そこでSiO2などの軟質砥粒を用いサファイヤ等の硬質難加工材との間の摩擦により、化学反応を誘起させることで、高品質な面を創成するMCP(メカノケミカルポリシング)法が、東海大学の安永教授らにより研究されてきた(非特許文献1〜3)。 Therefore, the MCP (Mechanochemical Polishing) method, which creates a high-quality surface by inducing a chemical reaction by friction with hard hard-to-work materials such as sapphire using soft abrasive grains such as SiO 2 , is Tokai University. Have been studied by Professor Yasunaga et al.
上述したメカノケミカルポリシング法によれば、例えば、加工雰囲気の温度を約500℃付近まで上昇させることによって、1ケタ以上の加工レートが上がることが確認されている。 According to the mechanochemical polishing method described above, it has been confirmed that, for example, the processing rate of one digit or more is increased by raising the temperature of the processing atmosphere to about 500 ° C.
しかし、従来、高温でメカノケミカル研磨(メカノケミカルポリシング)を実施するためには、図9に例示するように、硬質難加工材(ワーク)をメカノケミカルポリシングする領域全体を容器内に収納し、その容器内をヒータ等で加熱して雰囲気温度を高める必要があった。その結果、従来は、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが困難であり、作業性が低く、加工能率が十分に高められない問題点があった。 However, conventionally, in order to perform mechanochemical polishing (mechanochemical polishing) at a high temperature, as illustrated in FIG. 9, the entire region where the hard difficult-to-work material (workpiece) is mechanochemically polished is stored in a container, The inside of the container had to be heated with a heater or the like to increase the ambient temperature. As a result, conventionally, it is difficult to approach the workpiece, polishing plate, and abrasive grains being polished, the workability is low, and the processing efficiency cannot be sufficiently increased.
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、開放雰囲気においてワークを高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる高温メカノケミカル研磨方法と装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. That is, the object of the present invention is that the workpiece can be mechanochemically polished at a high temperature in an open atmosphere, the approach to the workpiece, polishing plate, and abrasive grains being polished is easy, workability is high, and processing efficiency is improved. It is an object of the present invention to provide a high temperature mechanochemical polishing method and apparatus which can be greatly improved.
本発明によれば、ワークを2枚の平板で挟持し、該平板の一方または両方を加熱してワークを昇温し、ワークと少なくとも一方の平板間にメカノケミカル作用を生じる微細粒子を供給しながらワークを高温でメカノケミカル研磨する、ことを特徴とする高温メカノケミカル研磨方法が提供される。 According to the present invention, a workpiece is sandwiched between two flat plates, one or both of the flat plates are heated to raise the temperature of the workpiece, and fine particles that cause mechanochemical action are supplied between the workpiece and at least one of the flat plates. There is provided a high temperature mechanochemical polishing method characterized in that a workpiece is mechanochemically polished at a high temperature.
本発明の方法によれば、一方または両方が加熱された2枚の平板の間にワークが挟持されるので、2枚の平板およびその間に位置する熱容量が小さいワークと微細粒子も伝熱により実質的に同一温度となる。
従って、硬質難加工材(ワーク)を容器内に収容することなく、開放雰囲気において、メカノケミカル作用を生じる微細粒子を供給しながらワークを高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる。
According to the method of the present invention, since the workpiece is sandwiched between two flat plates heated on one or both, the two flat plates and the workpiece and fine particles located between them are also substantially transferred by heat transfer. At the same temperature.
Therefore, the work can be mechanochemically polished at a high temperature while supplying fine particles that produce a mechanochemical action in an open atmosphere without containing a hard difficult-to-process material (work) in the container. The approach to the polishing plate and the abrasive grains is easy, the workability is high, and the processing efficiency can be greatly increased.
また、本発明によれば、水平な研磨面を有する研磨プレートと、該研磨プレートを鉛直な軸心Z-Zを中心に水平に回転駆動するプレート旋回装置と、ワークを保持するワーク保持板と、該ワーク保持板を前記研磨面に向けて付勢しながらワークを研磨面に沿って摺動させるワーク摺動装置と、研磨プレートおよび/またはワーク保持板を加熱する加熱装置とを備え、ワークと研磨プレートの間にメカノケミカル作用を生じる微細粒子を供給しながらワークを高温でメカノケミカル研磨する、ことを特徴とする高温メカノケミカル研磨装置が提供される。 Further, according to the present invention, a polishing plate having a horizontal polishing surface, a plate turning device for horizontally driving the polishing plate about a vertical axis ZZ, a work holding plate for holding a work, A workpiece sliding device for sliding the workpiece along the polishing surface while urging the workpiece holding plate toward the polishing surface, and a heating device for heating the polishing plate and / or the workpiece holding plate. There is provided a high-temperature mechanochemical polishing apparatus characterized in that a workpiece is subjected to mechanochemical polishing at a high temperature while supplying fine particles generating a mechanochemical action between the polishing plate and the polishing plate.
本発明の構成によれば、加熱装置で研磨プレートおよび/またはワーク保持板を加熱するので、加熱された研磨プレートとワーク保持板の間にワークが挟持されるので、その間に位置する熱容量が小さいワークと微細粒子も伝熱により実質的に同一温度に加熱できる。
従って、硬質難加工材(ワーク)を容器内に収容することなく、開放雰囲気において、メカノケミカル作用を生じる微細粒子を供給しながらワークを高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる。
According to the configuration of the present invention, since the polishing plate and / or the work holding plate is heated by the heating device, the work is sandwiched between the heated polishing plate and the work holding plate. Fine particles can also be heated to substantially the same temperature by heat transfer.
Therefore, the work can be mechanochemically polished at a high temperature while supplying fine particles that produce a mechanochemical action in an open atmosphere without containing a hard difficult-to-process material (work) in the container. The approach to the polishing plate and the abrasive grains is easy, the workability is high, and the processing efficiency can be greatly increased.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記加熱装置は、研磨プレートの背面に密着して固定され内部にヒータエレメントを内蔵するホットプレートと、該ホットプレート内の温度を計測する温度検出器と、ホットプレートに一端が連結され軸心Z-Zに沿って延びる回転軸と、該回転軸から電力線と信号線を固定部分に取り出すスリップリングと、該スリップリングを介してホットプレートと温度検出器に接続されホットプレートをメカノケミカル研磨に適した所定の温度に制御する温度制御装置とを有する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the heating device includes a hot plate that is fixed in close contact with the back surface of the polishing plate and includes a heater element therein, a temperature detector that measures the temperature in the hot plate, A rotating shaft having one end connected to the hot plate and extending along the axis ZZ, a slip ring for taking out the power line and the signal line from the rotating shaft to a fixed portion, and the hot plate and the temperature detector via the slip ring And a temperature control device for controlling the connected hot plate to a predetermined temperature suitable for mechanochemical polishing.
この構成により、スリップリングを介してホットプレート内のヒータエレメントに電力を供給してホットプレート自体を昇温し、伝熱(熱伝導)により密着して固定された研磨プレートを加熱することができる。
また、温度検出器でホットプレート内の温度を計測し、スリップリングを介して温度制御装置によりヒータエレメントに供給する電力を制御してホットプレートおよび研磨プレートをメカノケミカル研磨に適した所定の温度に制御することができる。
With this configuration, power can be supplied to the heater element in the hot plate via the slip ring to raise the temperature of the hot plate itself, and the polishing plate fixed in close contact by heat transfer (heat conduction) can be heated. .
In addition, the temperature in the hot plate is measured with a temperature detector, and the electric power supplied to the heater element is controlled by the temperature control device via the slip ring to bring the hot plate and the polishing plate to a predetermined temperature suitable for mechanochemical polishing. Can be controlled.
また、前記プレート旋回装置は、前記回転軸を通す貫通穴を有しホットプレートを軸心Z-Zを中心に水平に回転可能に支持する旋回軸と、該旋回軸を軸心Z-Zを中心に回転駆動する旋回駆動装置とを有する。 The plate turning device has a through-hole through which the rotating shaft passes and supports a hot plate so that the hot plate can rotate horizontally around the axis ZZ, and the rotation axis is connected to the axis ZZ. And a turning drive device that rotates around the center.
この構成により、加熱装置の回転軸を旋回軸の貫通穴に通し、その下端にスリップリングを取り付けることで、加熱装置をプレート旋回装置とは別個に制御することができる。
また、加熱装置のホットプレートを旋回軸に固定し、ホットプレートを研磨プレートの背面に密着して固定することで、ホットプレートを介して研磨プレートを鉛直な軸心Z-Zを中心に水平に回転駆動することができる。
With this configuration, the heating device can be controlled separately from the plate turning device by passing the rotating shaft of the heating device through the through hole of the turning shaft and attaching the slip ring to the lower end thereof.
In addition, the hot plate of the heating device is fixed to the rotating shaft, and the hot plate is fixed in close contact with the back surface of the polishing plate, so that the polishing plate is placed horizontally around the vertical axis ZZ through the hot plate. It can be rotated.
また、前記ワーク摺動装置は、前記ワーク保持板を軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'を中心に水平に回転駆動するワーク旋回装置と、該ワーク旋回装置を研磨面に向けて付勢するワーク付勢装置と、ワーク保持板を研磨面に沿って水平移動させる水平移動装置とからなる。 The workpiece sliding device includes a workpiece pivoting device that rotates the workpiece holding plate horizontally around an axis Z′-Z ′ parallel to the axis ZZ, and the workpiece pivoting device is used as a polishing surface. It consists of a workpiece urging device that urges the workpiece toward and a horizontal movement device that horizontally moves the workpiece holding plate along the polishing surface.
この構成により、ワークを研磨面に向けて付勢した状態で、ワークを軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'を中心に水平に回転駆動しながら、研磨面に沿って水平移動させ、ワーク全面を均等にメカノケミカル研磨することができる。 With this configuration, while the work is urged toward the polishing surface, the work is rotated horizontally around an axis Z′-Z ′ parallel to the axis ZZ, and horizontally along the polishing surface. The entire surface of the work can be evenly mechanochemically polished.
前記ワーク保持板は、真空チャックである。
この構成により、高温においてもワークを確実に保持することができる。
The workpiece holding plate is a vacuum chuck.
With this configuration, the workpiece can be reliably held even at high temperatures.
上述したように、本発明の高温メカノケミカル研磨方法と装置によれば、開放雰囲気においてワークを高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる。 As described above, according to the high temperature mechanochemical polishing method and apparatus of the present invention, a workpiece can be mechanochemically polished at a high temperature in an open atmosphere, and the workpiece, polishing plate, and abrasive grains being polished can be easily approached. Therefore, the workability is high and the processing efficiency can be greatly increased.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の高温メカノケミカル研磨装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明の高温メカノケミカル研磨装置10は、研磨プレート12、プレート旋回装置14、ワーク保持板16、ワーク摺動装置18、および加熱装置30を備え、ワーク1と研磨プレート12の間にメカノケミカル作用を生じる微細粒子2を供給しながらワーク1を高温でメカノケミカル研磨するようになっている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a high-temperature mechanochemical polishing apparatus according to the present invention. As shown in this figure, the high-temperature
ワーク1は、サファイヤ、セラミックス材料等の硬質難加工材であるのが好ましいが、本発明はこれに限定されずその他の材料、例えばシリコンやガラス材にも適用できる。また、ワーク1の形状は、ウエハ等の薄板円板形状が好ましいが、本発明はこれに限定されず、熱容量が小さい小型部材であればよい。
メカノケミカル作用を生じる微細粒子2は、SiO2、酸化鉄、MgO等周知のものを用いることができる。また微細粒子2の粒径分布は、ワーク1の材質、必要とする面粗さ等に対応させて任意に設定する。
The
As the
研磨プレート12は、この例では上面が水平な研磨面12aである厚肉の平板である。研磨プレート12は、耐摩耗性が高くかつ熱伝導率が高い材料、例えば銅、銅合金、鋼、セラミックス等からなる。この研磨プレート12の背面は、後述するにホットプレート32の上面にボルト等で密着して固定され、ホットプレート32と共に回転しながらホットプレート32からの熱伝導で加熱されるようになっている。
In this example, the
図2は、図1の部分構成図である。この図において、加熱装置30は、ホットプレート32、温度検出器34、回転軸36、スリップリング38、および温度制御装置40からなる。
ホットプレート32は、ボルト等で互いに張り合わされたメインプレート32aとヒータプレート32bとからなる。メインプレート32aは、研磨プレート12の背面(この例では下面)に密着してボルト等で固定されている。またヒータプレート32bは、内部に設けられた溝内に複数(この例では5つ)のヒータエレメント31を内蔵し、ホットプレート全体を均一に加熱するようになっている。
複数のヒータエレメント31は、例えば直径の異なる円形のヒータエレメントからなり、これらが同心かつ平面的に配置されているにがよい。
FIG. 2 is a partial configuration diagram of FIG. In this figure, the
The
For example, the plurality of
温度検出器34は、例えば熱電対であり、その測定点34aが、ホットプレート全体の代表温度を検出するように、複数のヒータエレメント31の中間位置に位置決めされている。
回転軸36は、ホットプレート32に一端(この例で上端)が連結され、軸心Z-Zに沿って下方にスリップリング38を貫通して延びている。スリップリング38は、回転軸36から電力線31aと信号線34bを固定部分に取り出し、温度制御装置40に接続している。温度制御装置40は、スリップリング38を介してホットプレート32内の温度検出器34とヒータエレメント31に接続され、ホットプレート全体をメカノケミカル研磨に適した所定の温度に制御するようになっている。
The
The
上述した構成により、スリップリング38を介してホットプレート32内のヒータエレメント31に電力を供給してホットプレート自体を昇温し、伝熱(熱伝導)により密着して固定された研磨プレート12を加熱することができる。
また、温度検出器34でホットプレート32内の温度を計測し、スリップリング38を介して温度制御装置40によりヒータエレメント31に供給する電力を制御してホットプレート32およびこれに取り付けられた研磨プレート12をメカノケミカル研磨に適した所定の温度に制御することができる。
With the above-described configuration, the polishing
Further, the temperature in the
なお、同様の構成の加熱装置をワーク摺動装置18に設け、ワーク保持板16を加熱してもよい。
A heating device having a similar configuration may be provided in the
図1において、プレート旋回装置14は、ホットプレート32を軸心Z-Zを中心に軸受14bにより水平に回転可能に支持された旋回軸14aと、旋回駆動装置15とを有する。旋回軸14aは、加熱装置30の回転軸32を通す貫通穴を有し、この貫通穴を通して回転軸36を下方のスリップリング38と連結するようになっている。
旋回駆動装置15は、減速機付きの電動機15a、プーリ15b、15cおよびタイミングベルト15dからなり、旋回軸14aを軸心Z-Zを中心に回転駆動し、研磨プレート12を鉛直な軸心Z-Zを中心に水平に回転駆動するようになっている。
In FIG. 1, the
The turning drive unit 15 includes an
この構成により、加熱装置30の回転軸32を旋回軸14aの貫通穴に通し、その下端にスリップリング38を取り付けることで、加熱装置30をプレート旋回装置14とは別個に制御することができる。
また、加熱装置30のホットプレート32を旋回軸14aに固定し、ホットプレート32を研磨プレート12の背面に密着して固定することで、ホットプレート32を介して研磨プレート12を鉛直な軸心Z-Zを中心に水平に回転駆動することができる。
With this configuration, the
Further, the
ワーク保持板16は、この例では真空チャックであり、軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'に沿って延びる吸引ライン17を介して図示しない吸引装置に接続され、ワーク1を図で上方に吸引して保持することにより、高温においてもワーク1を確実に保持するようになっている。
In this example, the
ワーク摺動装置18は、ワーク旋回装置22、ワーク付勢装置24、および水平移動装置26からなる。
ワーク旋回装置22は、ワーク保持板16を下端に取り付け軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'を中心に水平に回転可能に支持された回転軸22aと、減速機付きの電動機22b、プーリ22c、22dおよびタイミングベルト22eからなり、ワーク保持板16を軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'を中心に水平に回転駆動する。
The
The
ワーク付勢装置24は、ワーク旋回装置22を上下移動可能に案内する案内レール24aと、ワーク旋回装置22を上下方向に移動させる空圧シリンダ24bとからなり、可能ワーク旋回装置22を介してワーク1を研磨面12aに向けて付勢する。
水平移動装置26は、この例ではワーク付勢装置24を水平移動可能に案内する案内レール26aと、ワーク付勢装置24を水平移動させるボールネジ26bと、ボールネジ26bを回転駆動する駆動装置26cとからなり、ワーク保持板16と共にワーク1を研磨面12aに沿って水平移動させる。駆動装置26cは、例えば減速機付きの電動機、プーリおよびタイミングベルトからなる。
The
In this example, the horizontal moving
上述した構成により、ワーク1を研磨面12aに向けて付勢した状態で、ワーク1を軸心Z-Zと平行な軸心Z'-Z'を中心に水平に回転駆動しながら、研磨面12aに沿って水平移動させ、ワーク全面を均等にメカノケミカル研磨することができる。
With the above-described configuration, the
上述した本発明の構成によれば、加熱装置30で研磨プレート12および/またはワーク保持板16を加熱するので、加熱された研磨プレート12とワーク保持板16の間にワーク1が挟持されるので、その間に位置する熱容量が小さいワーク1と微細粒子2も伝熱により実質的に同一温度に加熱できる。
従って、硬質難加工材(ワーク1)を容器内に収容することなく、開放雰囲気において、メカノケミカル作用を生じる微細粒子2を供給しながらワーク1を高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる。
According to the configuration of the present invention described above, since the polishing
Accordingly, the
また本発明の方法では、ワーク1を2枚の平板(この例では研磨プレート12とワーク保持板16)で挟持し、研磨プレート12とワーク保持板16の一方または両方を加熱してワーク1を昇温し、ワーク1と少なくとも一方の平板(例えば研磨プレート12)の間にメカノケミカル作用を生じる微細粒子2を供給しながらワーク1を高温でメカノケミカル研磨する。
In the method of the present invention, the
この方法によれば、一方または両方が加熱された2枚の平板の間にワーク1が挟持されるので、2枚の平板およびその間に位置する熱容量が小さいワークと微細粒子2も伝熱により実質的に同一温度となる。
従って、硬質難加工材(ワーク)を容器内に収容することなく、開放雰囲気において、メカノケミカル作用を生じる微細粒子を供給しながらワークを高温でメカノケミカル研磨することができ、研磨中のワーク、研磨プレート、および砥粒へのアプローチが容易であり、作業性が高く、加工能率を大幅に高めることができる。
According to this method, since the
Therefore, the work can be mechanochemically polished at a high temperature while supplying fine particles that produce a mechanochemical action in an open atmosphere without containing a hard difficult-to-process material (work) in the container. The approach to the polishing plate and the abrasive grains is easy, the workability is high, and the processing efficiency can be greatly increased.
以下、本発明の実施例を説明する。図1に示した本発明の高温メカノケミカル研磨装置10を実際に製作した。その仕様は以下の通りである。
(1)ラップ圧力:エアコントロール
(2)ワーク:モータによる強制駆動、モータ単相AC100V,200W、ワークサイズφ100mm、回転数160min-1、加圧力1.0〜300N
(3)ワーク取付部:接着方式または真空チャック方式
(4)ラップ定盤(研磨プレート):プレートホッター(回転ヒータ)を内蔵、モータ単相AC100V,200W、サイズφ250mm、回転数160min-1
(5)プレートホッター(回転ヒータ):使用温度約500℃、ヒータサイズφ150mm
(6)寸法・重量:W400×L720×H1100 約100kg
Examples of the present invention will be described below. The high-temperature
(1) Lap pressure: Air control (2) Work: Forced drive by motor, motor single-phase AC100V, 200W, work size φ100mm, rotation speed 160min −1 , applied pressure 1.0-300N
(3) Workpiece attachment part: Adhesion method or vacuum chuck method (4) Lap surface plate (polishing plate): Built-in plate footer (rotary heater), motor single-phase AC100V, 200W, size φ250mm, rotation speed 160min- 1
(5) Plate hotter (rotating heater): operating temperature about 500 ° C, heater size φ150mm
(6) Dimensions / weight: W400 × L720 × H1100 Approx. 100kg
図3は、各種物質の高温硬さを示す図である。この図に示すように、サファイア、石英ガラス、酸化鉄(FeO)等の硬質難加工材は一般的に高温になるほどビッカース硬さが低下する特性を有している。 FIG. 3 is a diagram showing the high temperature hardness of various substances. As shown in this figure, hard difficult-to-work materials such as sapphire, quartz glass, and iron oxide (FeO) generally have a characteristic that the Vickers hardness decreases as the temperature increases.
図4は、軟質粒子によるメカノポリッシング法の一般的な特徴を示す図である。メカノポリッシング法の加工形式は、通常のラッピングポリッシングとほぼ同等であるが、加工物よりも力学的に軟質でかつ加工物表面と固相反応を生じ得る粉末を砥粒として用いる点で相違する。 FIG. 4 is a diagram showing the general characteristics of the mechano polishing method using soft particles. The machining mode of the mechano polishing method is almost the same as that of normal lapping polishing, but differs in that powder that is mechanically softer than the workpiece and can cause a solid phase reaction with the workpiece surface is used as the abrasive grains.
図5は、軟質粒子と加工物との接触点を示すモデル図である。メカノポリッシング法では、軟質粒子と加工物との接触点局部で摩擦エネルギーにより高温・高圧が発生し、微小接触時間内に両者の固相反応が生じ、この微小反応部が摩擦力によりÅオーダの微小単位で除去されることにより研磨が進行する。
従って、従来の硬質砥粒による機械的研磨と異なり、砥粒として作用する粒子が力学的に軟質なために、接触点では粒子側が変形し、粒子の押込み・引っ掻き作用に基づくスクラッチや加工変質層は生じないことになる。
FIG. 5 is a model diagram showing contact points between the soft particles and the workpiece. In the mechano polishing method, high-temperature and high-pressure are generated by frictional energy at the contact point local area between the soft particles and the workpiece, and both solid-phase reactions occur within a minute contact time. Polishing proceeds by being removed in minute units.
Therefore, unlike mechanical polishing with conventional hard abrasive grains, the particles acting as abrasive grains are mechanically soft, so the particle side is deformed at the contact point, and scratches or work-affected layers based on the indentation / scratching action of the particles Will not occur.
図6は、雰囲気温度と加工量の関係を示す図である。この図は、α-Fe2O3の粒子とSiC粒子を用いてサファイヤを窒素雰囲気中で高温ポリッシングしたものである。この結果から、α-Fe2O3によるメカノケミカルポリッシングにおいては、500℃での加工量は、常温におけるそれの10倍以上に達しており、本発明の装置によっても同等以上の効果が得られることを示している。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the atmospheric temperature and the processing amount. This figure shows high temperature polishing of sapphire in a nitrogen atmosphere using α-Fe 2 O 3 particles and SiC particles. From this result, in mechanochemical polishing with α-Fe 2 O 3 , the processing amount at 500 ° C. is more than 10 times that at room temperature, and the apparatus of the present invention can achieve the same or higher effect. It is shown that.
図7は、鋼ポリッシャの自己酸化を利用した高温ポリッシングと、α-Fe2O3の粒子による湿式ポリッシングを比較した図である。この図から、α-Fe2O3やFe3O4が生成する400〜500℃で、α-Fe2O3の粒子による湿式ポリッシングよりも大きな加工量が得られることがわかる。 FIG. 7 is a diagram comparing high-temperature polishing using auto-oxidation of a steel polisher and wet polishing using α-Fe 2 O 3 particles. From this figure, it can be seen that at 400 to 500 ° C. where α-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 are produced, a larger processing amount than wet polishing with α-Fe 2 O 3 particles can be obtained.
図8は、各種パウダによるサファイヤ加工量を乾式と湿式で比較した図である。この図に示すように、メカノケミカル効果を示すSiO2とα-Fe2O3の粒子は、特に乾式で高い加工能率を示す。 FIG. 8 is a diagram comparing the amount of sapphire processed by various powders, dry and wet. As shown in this figure, SiO 2 and α-Fe 2 O 3 particles exhibiting a mechanochemical effect are particularly dry and exhibit high processing efficiency.
上述したように、SiO2などの粒子とサファイヤとの間の摩擦により、化学反応を誘起させMCP(メカノケミカルポリシング)法が、東海大学の安永教授らにより研究され、サファイヤのMCPにおいて、加工雰囲気の温度を約500℃付近まで上昇させることによって、1ケタ以上の加工レートが上がると確認されている。
また、本発明により研磨板を高温とすることで、開放雰囲気においてMCPを可能とする新しい研磨装置を提案した。この装置は、加熱を加工点に集中させることで、安全かつ効率的にワークを昇温できる特徴を有する。また、400〜500℃でのベンガラによる乾式研磨の優れた効果が確認されている。
さらに、単結晶SiCは先端的半導体デバイス基板としてアプリケーションが進んでいるが、サファイヤ同様にMCPの適用が有効と考えられる。
As described above, MCP (Mechanochemical Polishing) method was studied by Prof. Yasunaga et al. Of Tokai University by inducing a chemical reaction by friction between particles such as SiO 2 and sapphire. It has been confirmed that the processing rate of one digit or more is increased by raising the temperature of the steel to about 500 ° C.
In addition, the present invention has proposed a new polishing apparatus that enables MCP in an open atmosphere by increasing the temperature of the polishing plate according to the present invention. This apparatus has a feature that the temperature of the workpiece can be raised safely and efficiently by concentrating the heating on the processing point. Moreover, the outstanding effect of the dry grinding | polishing by a bengara at 400-500 degreeC has been confirmed.
Furthermore, applications of single crystal SiC are advancing as advanced semiconductor device substrates, but application of MCP is considered to be effective as in sapphire.
また本発明の装置は、特に従来の常温湿式研磨では長時間を要した難加工材料に対して、その最終研磨法として十分な実用性と実効性を有する。
すなわち、本発明の装置は、回転円盤型の通常研磨方式で使用される研磨装置であるが、大気雰囲気中で常温〜500℃の高温環境下で乾式研磨も実施できるという特徴を有する。
Further, the apparatus of the present invention has sufficient practicality and effectiveness as a final polishing method particularly for difficult-to-process materials that require a long time in conventional room temperature wet polishing.
That is, the apparatus of the present invention is a polishing apparatus that is used in a rotating disk type normal polishing method, but has a feature that dry polishing can also be performed in a high temperature environment of normal temperature to 500 ° C. in an air atmosphere.
メカノケミカル研磨法(MCP)によれば、超高硬度を有する難加工材料のいずれも、それぞれに適した軟質砥粒あるいは研磨プレートを用いて超平滑で加工変質層の生じない研磨を行うことができる。MCP法は、砥粒あるいは研磨プレートとの微小接触点における直接的な化学反応(固相反応)に基づいて研磨が進行するものである。化学反応の反応速度は一般に温度が上昇するほど高くなることから、MCPの研磨能力も高温環境下ほど上昇することが期待される。したがって、たとえば従来はコロイダルシリカ研磨剤によるサファイヤの常温湿式研磨に10時間以上を要していたものが、本開発装置を用いればわずか数10分以下で終了できる。研磨装置の昇温や冷却に多少の時間を要するとしても、研磨試料を連続的にローディング・アンローディングできるような装置構成にすれば、1桁以上の加工能率の向上が見込める。 According to the mechanochemical polishing method (MCP), any difficult-to-process material having ultra-high hardness can be polished using a soft abrasive grain or a polishing plate suitable for each, without causing a work-affected layer. it can. In the MCP method, polishing proceeds based on a direct chemical reaction (solid phase reaction) at a minute contact point with an abrasive grain or a polishing plate. Since the reaction rate of the chemical reaction generally increases as the temperature increases, it is expected that the polishing ability of the MCP also increases as the temperature increases. Therefore, for example, what conventionally required 10 hours or more of room temperature wet polishing of sapphire with a colloidal silica abrasive can be completed in a few tens of minutes or less using this developed apparatus. Even if it takes some time for the temperature rise and cooling of the polishing apparatus, if the apparatus configuration is such that the polishing sample can be continuously loaded and unloaded, the processing efficiency can be improved by one digit or more.
なお本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
1 ワーク、2 微細粒子、
10 高温メカノケミカル研磨装置、12 研磨プレート、
14 プレート旋回装置、14a 旋回軸、
15 旋回駆動装置、15a 電動機、
15b,15cプーリ、15d タイミングベルト、
16 ワーク保持板、17 吸引ライン、18 ワーク摺動装置、
22 ワーク旋回装置、22a 回転軸、22b 電動機、
22c、22d プーリ、22e タイミングベルト、
24 ワーク付勢装置、26 水平移動装置、
26a 案内レール、26b ボールネジ、26c 駆動装置、
30 加熱装置、31 ヒータエレメント、32 ホットプレート、
32a メインプレート、32b ヒータプレート、
34 温度検出器、34a 測定点、36 回転軸、
38 スリップリング、40 温度制御装置
1 work, 2 fine particles,
10 high temperature mechanochemical polishing equipment, 12 polishing plate,
14 plate turning device, 14a turning shaft,
15 slewing drive, 15a electric motor,
15b, 15c pulley, 15d timing belt,
16 workpiece holding plate, 17 suction line, 18 workpiece sliding device,
22 work turning device, 22a rotating shaft, 22b electric motor,
22c, 22d pulley, 22e timing belt,
24 work biasing device, 26 horizontal movement device,
26a guide rail, 26b ball screw, 26c driving device,
30 heating device, 31 heater element, 32 hot plate,
32a main plate, 32b heater plate,
34 temperature detector, 34a measuring point, 36 rotation axis,
38 slip ring, 40 temperature control device
Claims (6)
The high-temperature mechanochemical polishing apparatus according to claim 2, wherein the work holder is a vacuum chuck.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003315668A JP2005081485A (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | High temperature mechano-chemical polishing method and device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003315668A JP2005081485A (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | High temperature mechano-chemical polishing method and device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005081485A true JP2005081485A (en) | 2005-03-31 |
Family
ID=34415856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003315668A Pending JP2005081485A (en) | 2003-09-08 | 2003-09-08 | High temperature mechano-chemical polishing method and device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005081485A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009125820A (en) * | 2007-11-19 | 2009-06-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Crystal material polishing method and polishing device |
JP2011240485A (en) * | 2011-08-02 | 2011-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Crystal material polishing method and polishing device |
JP2015147922A (en) * | 2014-11-26 | 2015-08-20 | アサヒ化成工業株式会社 | Composite abrasive grain, method for manufacturing the same, polishing method and polishing device |
KR20160119082A (en) | 2014-02-06 | 2016-10-12 | 아사히 가세이 고교 가부시키가이샤 | Polishing abrasive particle, production method therefor, polishing method, polishing device, and slurry |
CN108705435A (en) * | 2018-07-18 | 2018-10-26 | 重庆辉海科技有限公司 | Motor part polishing device |
CN111515840A (en) * | 2020-05-29 | 2020-08-11 | 杭州惟昊科技有限公司 | Based on energy-concerving and environment-protective pottery polishing equipment |
-
2003
- 2003-09-08 JP JP2003315668A patent/JP2005081485A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009125820A (en) * | 2007-11-19 | 2009-06-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Crystal material polishing method and polishing device |
JP2011240485A (en) * | 2011-08-02 | 2011-12-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Crystal material polishing method and polishing device |
KR20160119082A (en) | 2014-02-06 | 2016-10-12 | 아사히 가세이 고교 가부시키가이샤 | Polishing abrasive particle, production method therefor, polishing method, polishing device, and slurry |
JP2015147922A (en) * | 2014-11-26 | 2015-08-20 | アサヒ化成工業株式会社 | Composite abrasive grain, method for manufacturing the same, polishing method and polishing device |
CN108705435A (en) * | 2018-07-18 | 2018-10-26 | 重庆辉海科技有限公司 | Motor part polishing device |
CN111515840A (en) * | 2020-05-29 | 2020-08-11 | 杭州惟昊科技有限公司 | Based on energy-concerving and environment-protective pottery polishing equipment |
CN111515840B (en) * | 2020-05-29 | 2021-02-09 | 湖南亚泰陶瓷有限公司 | Based on energy-concerving and environment-protective pottery polishing equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5620090B2 (en) | Substrate processing apparatus, heat-treated substrate manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method | |
JP2004523096A (en) | Chemical mechanical polishing method | |
US11923231B2 (en) | Substrate table with vacuum channels grid | |
JP2005081485A (en) | High temperature mechano-chemical polishing method and device | |
Li et al. | Simultaneous double side grinding of silicon wafers: a literature review | |
TW471999B (en) | System for chemical mechanical planarization | |
WO2014034921A1 (en) | Machining method and machining device | |
TWI709455B (en) | Semiconductor manufacturing process | |
CN114864410A (en) | Reaction atmosphere annealing method for eliminating compound semiconductor crystal surface damage layer | |
JP2013169610A (en) | High hardness material working method and working device | |
TWI232149B (en) | The grinding device and the grinding method for liquid crystal panel surface | |
JP2004152900A (en) | Wafer holding ring for semiconductor manufacturing apparatus and method of manufacturing the same, and heat treatment method and apparatus for semiconductor wafer | |
JPH1160356A (en) | Aluminum nitride composite base, aluminum nitride composite heat generating body using the same, aluminum nitride composite electrostatic chuck, and same chuck with heater | |
CN117484291B (en) | Ultrasonic vibration auxiliary polishing device | |
TW559580B (en) | Polishing device | |
JP7398011B2 (en) | gap pin | |
Lee et al. | Modeling and analysis of material removal characteristics in silicon wafer double side polishing | |
US20210039223A1 (en) | Device and methods for chemical mechanical polishing | |
KR102649526B1 (en) | Semiconductor heat treatment member and manufacturing method thereof | |
JP2005260038A (en) | Polishing apparatus | |
JP2005251858A (en) | Device and method for heat-treating substrate | |
Deng et al. | A study of the solid-state reaction for polishing sapphires | |
JP2022103029A (en) | Semiconductor heat treatment member and manufacturing method for the same | |
JP2000354957A (en) | Table for wafer polishing device, polishing method of semiconductor wafer, manufacture of semiconductor wafer and laminated ceramic structural body | |
JP2015123528A (en) | Glass substrate manufacturing method, and glass substrate manufacturing apparatus |